ВОПРОС 7.Каналы авиационной электросвязи особенности передачи аналоговой информации по дискретным каналам связи. Влияние характеристик каналов на безопасность полетов.

Под каналом передачи информации понимают всю совокупность технических средств, обеспечивающих передачу электрических сигналов от источников к потребителю. Передаваемые по каналам связи сигналы подразделяют на непрерывные (аналоговые) дискретные. Аналоговые сигналы, например речевые, описываются непрерывной функцией времени. Дискретные сигналы могут описываться дискретными функциями по времени, дискретными функциями по множеству принимаемых значений и дискретными функциями по времени и принимаемым значениям. Последние называются цифровыми. Каналы связи также целесообразно подразделять на аналоговые, дискретные и цифровые. Роль этих каналов связи существенно изменяется по мере совершенствования бортовой аппаратуры и внедрения вычислительной техники.

Основными видами дискретных сообщений на борту ВС являются буквенно-цифровой текст телеграмм и цифровые данные, поступающие от ЭВМ или других источников. Сообщения передаются по радиоканалам с помощью бортовых радиостанций. С этой целью аналоговый радиоканал должен быть преобразован в дискретный радиоканал. Такое преобразование может осуществляться с помощью амплитудной, частотной и фазовой модуляции. Дискретный модулятор размещается в возбудителе передатчика, а демодулятор входит в состав выходных устройств приемника.

В сущности: аналоговый сигнал преобразуется в последовательность цифровых значений и передается по каналу связи в виде двоичных данных. Цифровые сигналы подвержены тем же недостаткам и проблемам, что и аналоговые сигналы, т.е. ослабеванию и шумам. Однако цифровые сигналы дискретны: двоичные соответствия огибающей аналогового сигнала представлены на дискретных уровнях напряжения в отличие от непрерывного аналогового сигнала. Когда сигнал проходит через канал, то необходимо только отмечать отсутствие или наличие двоичного импульса, а не его абсолютное значение, которое важно в случае аналогового сигнала. Отсутствие или наличие сигналов распознаются значительно увереннее, чем амплитуда или иная характеристика сигнала. Цифровые сигналы можно полностью регенерировать, прежде чем они станут ниже порога распознавания. Следовательно, шумы и затухание могут быть полностью устранены из цифрового сигнала.
Периодический съем значений и процесс регенерации выполняются восстанавливающими повторителями. Повторители размещаются на канале через определенные интервалы. Длины интервалов зависят от размеров и качества проводящих элементов, уровня шумов в проводниках, полосы пропускания и скорости передачи информации.

Для превращения аналоговых сигналов в дискретные (цифровые) используются многие методы. Первый широко использованный подход - импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) - разработана в 1938 г.

Амплитуда исходной непрерывной функции измеряется с заданным периодом – за счет этого происходит дискретизация по времени. Затем каждый замер представляется в виде двоичного числа определенной разрядности, что означает дискретизацию по значению функции – непрерывное множество возможных значений амплитуды заменяется дискретным множеством ее значений. Устройство, которое выполняет подобную функцию, называется аналого-цифровым преобразователем (АЦП). После этого замеры передаются по каналам связи в виде последовательности единиц и нулей. При этом применяются те же методы кодирования, что и в случае передачи изначально дискретной информации.

На приемной стороне линии коды преобразуются в исходную последовательность битов, а специальная аппаратура, называемая цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП), производит демодуляцию оцифрованных амплитуд непрерывного сигнала, восстанавливая исходную непрерывную функцию времени.

Дискретная модуляция основана на теории отображения Найквиста-Котельникова. В соответствии с этой теорией аналоговая непрерывная функция, переданная в виде последовательности ее дискретных по времени значений, может быть точно восстановлена, если частота дискретизации была в два или более раз выше, чем частота самой высокой гармоники спектра исходной функции. Если это условие не соблюдается, то восстановленная функция будет существенно отличаться от исходной.

Преимуществом цифровых методов записи, воспроизведения и передачи аналоговой информации является возможность контроля достоверности считанных с носителя или полученных по линии связи данных. Для этого можно применять те же методы, которые применяются для компьютерных данных – вычисление контрольной суммы, повторная передача искаженных кадров, применение самокорректирующих кодов.

Для качественной передачи голоса в методе ИКМ используется частота квантования амплитуды звуковых колебаний в 8000 Гц. Это связано с тем, что в аналоговой телефонии для передачи голоса был выбран диапазон от 300 до 3400 Гц, который достаточно качественно передает все основные гармоники собеседников. В соответствии с теоремой Котельникова для качественной передачи голоса достаточно выбрать частоту дискретизации, в два раза превышающую самую высокую гармонику непрерывного сигнала, т.е. 2× 3400=6800Гц. Выбранная в действительности частота дискретизации 8000 Гц обеспечивает некоторый запас качества. В методе ИКМ обычно используется 7 или 8 бит кода для представления амплитуды одного замера. Соответственно это дает 127 или 256 градаций звукового сигнала, что оказывается вполне достаточным для качественной передачи голоса.

 При использовании метода ИКМ для передачи одного голосового канала необходима пропускная способность 56 или 64 кбит/с в зависимости от того, каким количеством битов представляется каждый замер. Если для этих целей используется 7 бит, то при частоте передачи замеров в 8000 Гц получаем:

- 8000× 7=56000 бит/с,

А для случая 8 бит:

- 8000× 8=64000 бит/с или 64 кбит/c.

Стандартным является цифровой канал 64 кбит/с, который также называется элементарным каналом цифровых телефонных сетей.

Передача непрерывного сигнала в дискретном виде требует от сетей жесткого соблюдения временного интервала в 125 мкс (соответствующего частоте дискретизации 8000 Гц) между соседними замерами, т.е. требует синхронной передачи данных между узлами сети. При несоблюдении синхронности прибывающих замеров исходный сигнал восстанавливается неверно, что приводит к искажению голоса, изображения или другой мультимедийной информации, передаваемой по цифровым сетям. Так, искажение синхронизации в 10 мс может привести к эффекту «эха», а сдвиг между замерами в 200 мс приводят к невозможности распознавания произносимых слов. В то же время за счет сглаживающих устройств в ЦАП, которые основаны на свойстве инерционности любого физического сигнала – амплитуда звуковых колебаний не может мгновенно изменяться на большую величину.

На качество сигнала после ЦАП влияет не только синхронность поступления на его вход замеров, но и погрешность дискретизации амплитуд этих замеров. В теореме Котельникова предполагается, что амплитуды функции измеряются точно, в то же время использование для их хранения двоичных чисел с ограниченной разрядностью несколько искажает эти амплитуды. Соответственно искажается восстановленный непрерывный сигнал, что называется шумом дискретизации (по амплитуде).

Существуют и др. методы дискретной модуляции.

      Безопасность полетов – это комплексная характеристика воздушного транспорта и авиационных        работ, определяющая способность выполнения полета без угрозы для жизни и здоровья людей.

На сегодняшний день характеристики каналов оказывают существенное влияние на безопасность полетов, так как даже при современном уровне, оборудования не может гарантировать бесперебойное управление воздушным движением, поэтому необходимо наличие постоянной и качественной связи между членами экипажа и диспетчерами, которую образуют каналы связи, соответственно характеристики канала должны обеспечивать качество связи.

Лит-ра: методичка Назаренко, Горбачев «Системы связи ГА» стр. 111-115, учебник Вдовиченко «Системы связи ВС ГА» стр. 94-115.

 

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: